在電動執(zhí)行機構中，齒輪傳動系統(tǒng)與扭矩測量系統(tǒng)是執(zhí)行機構兩個重要組成部分。本文將簡述兩種不同的齒輪傳動系統(tǒng)以及對應的兩種不同的扭矩測量方法。
1. 齒輪傳動系統(tǒng) 電動執(zhí)行機構的動力來源是電機，一般電機的轉(zhuǎn)速非?？欤~定轉(zhuǎn)速一般為3000rpm或1500rpm），而輸出扭矩又非常?。ㄒ话憬橛?.5Nm~20Nm之間），所以必須借助于齒輪系統(tǒng)傳動，利用其減速及放大扭矩的功能，一方面把輸出轉(zhuǎn)速降到理想速度，另一方面將較小的電機輸出扭矩放大到閥門操作所需要的較大的扭矩輸出。同時，齒輪傳動系統(tǒng)的傳動特性也可用于執(zhí)行機構輸出扭矩的測量。

1.1 蝸輪蝸桿傳動 不同電動執(zhí)行機構中采用的齒輪傳動型式各不相同，但一般都包含有蝸輪蝸桿傳動系統(tǒng)。蝸輪蝸桿傳動系統(tǒng)具有很多的優(yōu)點，例如單級傳動比大、輪系接觸面積大、承載能力強、傳動平穩(wěn)、特定螺旋角下可實現(xiàn)自鎖等。然而蝸輪蝸桿傳動系統(tǒng)因自身的結(jié)構也同時存在這較大的缺點：
1） 傳動效率低：由于輪系接觸面積大，相對滑動摩擦較大，傳動效率一般僅為10~20%。另外由于較大的滑動摩擦造成的齒面磨損也較大，輪系發(fā)熱現(xiàn)象嚴重，需要較好的潤滑與散熱。
2） 蝸桿軸向力大：蝸輪蝸桿傳動相當于螺旋傳動，當蝸桿轉(zhuǎn)動帶動蝸輪傳動時，受反作用力的影響，在蝸輪轉(zhuǎn)動的同時，蝸桿會受到與蝸輪轉(zhuǎn)動方向相反的軸向力。負載越大，軸向力越大。較大的軸向力會造成蝸桿支持部件的磨損，從而使蝸桿的軸向定位產(chǎn)生間隙，使系統(tǒng)傳動的精度降低，并且會產(chǎn)生傳動震蕩及噪音。
1.2 行星齒輪傳動 為了在利用蝸輪蝸桿傳動優(yōu)點的同時又盡量降低其缺點的影響，執(zhí)行機構可采用兩級傳動，常用的選擇是采用行星齒輪傳動+蝸輪蝸桿傳動的組合型式。

行星齒輪傳動的原理：
行星齒輪系統(tǒng)由三個主要傳動部件組成：太陽輪、行星輪及齒圈。所有的行星輪一般固定在一個行星架上。行星齒輪系統(tǒng)的傳動有雙自由度的特性，即在三個傳動部件中，固定任意一個部件，另外兩個就可傳動。在電動執(zhí)行機構中，常常固定齒圈，太陽輪與電機主軸相聯(lián)，行星架與蝸桿相聯(lián)。這樣，在電機轉(zhuǎn)動時，太陽輪會驅(qū)動行星輪帶著行星架圍繞太陽輪旋轉(zhuǎn)，從而帶動蝸桿轉(zhuǎn)動，輸出動力。

行星齒輪傳動的特性：
行星齒輪傳動相對蝸輪蝸桿傳動有許多獨特的優(yōu)點，恰好彌補克服上述蝸輪蝸桿傳動的缺點：
1） 機構緊湊：占用空間小，無軸向力。
2） 工作平穩(wěn)：震蕩及噪音小。
3） 滑動摩擦?。耗Σ翐p耗小，傳動效率高。
兩種傳動機構結(jié)合使用，既能實現(xiàn)自鎖的性能，又能獲得較高的傳動效率，降低電機功率，減少能耗。下表即采用不同傳動系統(tǒng)的執(zhí)行機構的參數(shù)比較。

上表中可以看出，兩個型號的執(zhí)行機構全行程時間基本相同，即傳動系統(tǒng)的減速比基本一樣，但對于同樣的輸出扭矩，所需要的電機功率及運行電流相差很大，這說明在電動執(zhí)行機構中采用行星齒輪傳動可大大降低能耗。
2. 執(zhí)行機構輸出扭矩的測量：
電動執(zhí)行機構在驅(qū)動閥門動作時，其輸出扭矩隨負載（閥門操作扭矩）的變化而變化。當閥門運行到終點（全開或全關）的位置或在運行過程中閥芯發(fā)生卡住不動的時候，執(zhí)行機構的輸出扭矩會急劇升高。為了不至于損壞閥座密封面或閥桿，需要限制執(zhí)行機構的最大輸出扭矩。而這就需要扭矩測量系統(tǒng)來實時測量執(zhí)行機構的輸出扭矩。
測量執(zhí)行機構輸出扭矩一般有兩種途徑：利用蝸桿的軸向位移，或利用行星齒輪齒圈的周向位移。（還有一種測量方法是利用測量電機的速度來計算執(zhí)行機構的輸出扭矩，屬于間接測量法，不在本篇論述之列。）
2.1 蝸桿軸向位移測量法： 蝸桿軸向位移測量系統(tǒng)由碟形彈簧、撥桿及微動開關組成。碟形彈簧頂在蝸桿的兩端，撥桿端部卡在蝸桿上。如前所述，在蝸輪蝸桿傳動過程中，蝸桿由于受軸向力的作用，會產(chǎn)生軸向位移。軸向位移的蝸桿會壓縮碟形彈簧，當?shù)螐椈蓧嚎s產(chǎn)生的彈簧力與軸向力平衡時，蝸桿的軸向位移停止。負載（執(zhí)行機構輸出扭矩）越大，蝸桿軸向位移越大，當負載（輸出扭矩）達到執(zhí)行機構設定扭矩時，撥桿會觸動微動開關動作，從而切斷執(zhí)行機構電機的電源，執(zhí)行機構停止轉(zhuǎn)動。 蝸桿軸向位移測量扭矩的方法是一種簡單的測量方法，存在這一定的缺陷：
1） 測量精度差：由于機械結(jié)構的要求，為了避免產(chǎn)生較大的振動及保持定位的準確型，需要把蝸桿的軸向位移限制在一個較小的范圍內(nèi)，所以必須采用彈性模量較大的碟形彈簧。因而，單位彈簧形變對應的執(zhí)行機構輸出扭矩就會較大，測量精度不高。
2） 測量精度隨運行時間降低：蝸桿是高速旋轉(zhuǎn)部件，在動作過程中蝸桿、蝸輪、蝸桿支持部件及撥桿等部件均會發(fā)生磨損，因而會造成各種間隙的增大，測量精度也會隨之降低。
2.2 行星齒輪齒圈周向位移測量法：
行星齒輪齒圈周向位移測量系統(tǒng)由螺旋彈簧、撥桿及微動開關組成。螺旋彈簧頂在滑塊上，滑塊卡在齒圈上。撥桿端部卡在齒圈上。當電機帶動太陽輪旋轉(zhuǎn)時，太陽輪驅(qū)動行星輪轉(zhuǎn)動，同時也會帶動齒圈轉(zhuǎn)動。齒圈的轉(zhuǎn)動會通過滑塊壓縮螺旋彈簧。當彈簧形變產(chǎn)生的彈簧力與齒圈受到的周向力平衡時，齒圈就會停止轉(zhuǎn)動。負載（執(zhí)行機構輸出扭矩）越大，齒圈周向位移越大，當負載（輸出扭矩）達到執(zhí)行機構設定扭矩時，撥桿會觸動微動開關動作，從而切斷執(zhí)行機構電機的電源，執(zhí)行機構停止轉(zhuǎn)動。

行星齒輪齒圈周向位移測量法相對于蝸桿軸向位移測量法有其獨特的優(yōu)勢：
1） 測量精度高：齒圈周向位移比蝸桿軸向位移大，螺旋彈簧彈性模量小，彈簧單位形變對應的執(zhí)行機構輸出扭矩變化相對小，因而測量精度較高。
2） 測量精度保持時間長：行星齒輪外圈不是高速旋轉(zhuǎn)部件，摩擦磨損小，測量精度不隨執(zhí)行機構運行時間增加而降低，可以實現(xiàn)長久的高精度測量。
總結(jié)： 裝備有行星齒輪傳動系統(tǒng)的電動執(zhí)行機構要比單純使用蝸輪蝸桿傳動系統(tǒng)的執(zhí)行機構的傳動效率高，在同樣的輸出扭矩及操作時間的條件下，裝備有行星齒輪傳動系統(tǒng)的執(zhí)行機構電機功率小，能耗低。
利用行星齒輪外圈周向位移要比利用蝸桿軸向位移的方法測量執(zhí)行機構輸出扭矩精度高，更能實現(xiàn)持久可靠的測量。